单相内扩散:扩散偶两侧材料的成分均匀

目的: 学习恒温下的扩散模拟,本例为扩散偶的两侧是同一单相结构且成分均匀的材料

模块: 扩散模块

热力学+迁移率数据库: FeCrNi.tdb

批处理文件: Example_#4.1.pbfx

计算过程:

  • 创建工作空间,选择扩散模块: 参见Pandat 用户手册: 工作空间(Workspace)

  • 调用 FeCrNi.tdb数据库,选择所有组元: 参见Pandat 用户手册: 调用数据库

  • 单击 PanDiffusion → Diffusion Simulation,设置计算条件,如图 1。首先将“Region Composition Distribution”设置为“Uniform”,表明在扩散之前,扩散偶两侧材料的成分是均匀的。点击Region_1并将扩散偶左侧的成分设置为30Cr-10Fe-60Ni (at%),再点击Region_2并将扩散偶右侧的成分设置为10Cr-20Fe-70Ni (at%)(图 1中未显示);

  • Region_1Region_2的长度设置为100 mm, 总的格点数 (# of Grids)为 100;

  • 扩散偶的热处理条件 (Thermal History) 设置为1000°C下恒温1000小时;

  • 默认输出包括初态和终态的成分分布图,也可以绘制中间状态的成分分布图或列在表格中。点击 “Moments for Profile Outputs” 旁边的蓝色“+”,可以输出中间状态的成分分布图。图 1 所示设置将输出200小时和500小时的数据。点击OK开始计算;

  • 用户可以定义形貌 ("Geometry") 为 "平面 (Planar), 柱状 (Cylindrical), 或球形 ( Spherical)";

  • 用户可以选择 "Interface Flux Model" 和设置 "boundary conditions": 详细设置参见 Pandat 用户手册: 通用扩散模拟的界面设置.

图 1:   设置扩散模拟条件

计算后处理:

  • 计算所得默认成分分布如 图 2 所示;

  • 除了默认表格,从指定时间的表格中,选择位置和成分分布数据,单独绘制成如图 3 所示热处理200小时后成分的分布图

可获取的信息:

  • 在本例中,扩散偶两侧的初始成分均位于Fcc的单相区中,如图 4 所示的Fe-Cr-Ni三元体系在1000°C时的等温截面;

  • 可以获得选定时间的成分分布图。

图 2:  计算的扩散200、500、1000小时后的成分变化图

图 3:  计算的扩散200小时后的成分变化图

图 4:  Ni-Cr-Fe 在1000 °C 的等温截面图,两侧的成分位于Fcc相区